中国现代大地基准——中国大地坐标系统2000(CGCS2000)及其框架

第 37卷 第 3期 2008年 8月 测 绘 学 报 ACTA GE0DAETICA et CARTOGRAPHICA SINICA VoL 37，No．3 Aug．，2008 文章编号 ：1001—1595(2008)03 0269 03 中图分类号 ：P22 文献标识码 ：A 中国现代大地基准 中国大地坐标系统2000(CGCS 2000)及其框架 陈俊勇 国家测绘局 ，北 京 100830 Chinese M odern Geodetic Datum Chinese Geodetic Coordinate System 2000(CGCS 2000)and Its Frame CHEN Jun yong State Bureau of Surveying and Mapping，Beijing 100830 Abstract：The definition and geodetic fundamental constants of Chinese geocentric 3D coordinate system(CGCS 2000)is concisely introduced，which will be employed since July 1，2008．The corresponding coordinate frame with CGCS 2000 is reviewed．The necessary conditions for the national frame to realize the CGCS 2000 include two parts．The first one consists of enough number，propriety density and high accuracy of national GNSS continuous operation stations，and second one is the national geodetic control network with high accuracy．For the time being the national frame only consisted of 2000 national GPS network and the national astro—geodetic network batch adj usted with the GPS network mentioned above．The customers may be satisfied with frame in recent years．The influences on the current existing Chinese maps caused by the change of the coordinate systems， such as the changes of latitude，longitude，Gauss plane coordinates of the surface points and their projection on the map，as well as the variation of the orientation and the length of the lines between the points on the map(including map outlines)are discussed，and the fundamental way to deal with it is introduced． Key words：geodetic datum；coordinate system；coordinate frame；geodetic fundamental constants；CGCS 2000； coordinate transformation；Continuous Operating Reference Station(CORS)；changes of point position 摘 要：简要介绍 2008年 7月1日启用的中国地心坐标系统 2000(CGCS 2000)的定义及其采用的大地测量基 本常数，并对 CGCS 2000的坐标框架进行了评述：它应该是高精度 ，涵盖全部陆海国土，动态，具有方便用户的 密度和分布 ，它由全球 导航 卫星 系统国家级连续运行站 网和国 家高精 度 大地控 制 网这两部 分组成 。 目前的框 架由 2000国家 GPS大地 网和它与全 国天 文大地 网联 合 平差 的成果 构成 ，可 以满足 近期 的需 求。采 用 CGCS 2000后将引起中国境内地面臭的大地经纬度值、高斯平面坐标值、地图上点间的方向和长度值等的变动，本文 给 出了相应的 变动值和应对的基本思路 。 关键词：大地基准；坐标系统；坐标框架；大地测量基本常数；CGCS 2000；坐标变换；连续运行参考站；点位变动 为了迎接 21世纪经济的持续发展，为信息化 社会发展提供一个基础地理平台，为了更科学的 描述动态的地球，特别是随着全球定位系统等空 间大地测量技术的不断发展和完善，世界各国都 在更新和完善各自的大地坐标系统和它相应的坐 标框架l】 J。地心坐标 系统及其框架正在逐渐取 代传统的非地心大地坐标系统及其框架。空间大 地测量技术的发展 ，对大地基准的现代化提 出了 新的要求，也提供了实现的可能。 1 中国启用地心 3维坐标系统为国家 大地坐标系统 1．1 中国采用符合客观 空间实 际的地心 3维大 地坐标系统 。～ ] 对我国国土范围 内所考 虑对象 的空 间位置 (不论该对象是处于静态还是动态)，都需要一个 收稿 日期 ：2008—06—05；修回 日期 ：2008—06—23 作者简介：陈俊勇(1933一)，男，浙江宁波人，博士，中国科学院院士，研究方向大地测量学。 维普资讯 http://www.cqvip.com 270 测 绘 学 报 第 37卷 全目统一的、协调一致的大地坐标 系统和大地坐 标框架。面临空间和信息技术及其应用的迅猛发 展和广泛普及，在动态地球的客观环境中创建数 字中 ，若单纯采用 目前的非地心 、2维 、低精度 、 静态的大地坐标系统和大地坐标框架作为我国现 代平面基准，它所带米不协调会愈来愈多。 过去由于科技水平 的制约和实际的需求 ，大 地坐标系统在实际使用 中一般不采用 3维坐标。 此外 ，由于人类总是习惯对平面介质(例如纸或屏 幕) 的 目标进行观测。也就是说 ，人们常常将 3 维空间的 目标 以某种数学关系投影到 2维的平面 介质 进行考察研究 。这种将 3维空问 目标转化 为 2维后．该目标第 3维 的高程信息往往 只作为 地理信息系统中的属性处理，这样在许多场合会 导致空间目标在划分与 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达方面的困难 。随着空 问技术和虚拟技术的发展 ，采用符合客观空 问实 际的 3维坐标，将是一种必然的趋势。 3维坐标系统 的原点 可以是参心 的，也可 以 是地心的。若采用以地球质心为大地坐标系的原 点 ，即采用地 0坐标系的优点是明显的。因为这 种坐标系统是阐明地球上各种地理和物理现象， 特别是卒『日J物体运动的本 始参照系，但 长期以来 ⋯于人类小能精确确定地心 的位置 ，囚而较少使 用。但 口前利用空间技术等手段已可在厘米量级 上确定它的位置。因此采用地心坐标系在当今既 仃它的必要性也有 了可能性。现在利用空间技术 所得到的定位和影像等成果，客观 上都是 以地心 坐标系为参照系 ，因此采用这一坐标系作 为我国 【fL『基准 ，就能最有效的利J}=}j这一技术 ，能最大限 度的取得这 一技术所带来的好处。 有鉴于中国经济、社会和科学技术的发展需 求和可能 ，中国政府决定采用地一0 3维大地坐标 系统 ，即从 2008年 7月 1日起 式启用中国大地 坐标系统 2000(CGCS 2000)作为 国家 法定 的坐 标系，作为我国新一代的平面基准 。 1．2 C=G 2000的定义及其大地测量基本常数 l7] 我国必须科 学的采用 3维地心大地坐标 系 统 ，它主要标志在两个方面：一是 3维地心大地坐 标系统的定义；二是这一系统所采用的大地测量 基本常数。 我 国采用 的 3维地 心坐标 系统 CGCS 2000 的定义应和迄今为止比较符合客观实际的国际 通用地面参考系(ITRS)的定义在原则上保持一 致 。CGCS 2000的大地 测量 基本 常数值 为： a一 6 378 1 37 m，1／_厂一298．257 222 101，GM= 3．986 004 418× 10 m。S ， 一 7 ． 292 115× 10 rad S 。 2 中国的地心3维坐标框架 CGCS 2000的坐标框架应由两部分组成 ，第 一 部分是全球导航卫星系统(GNSS)国家级连续 运行站网(以下简称国家 CORS系统 )，第二部分 是 国家高精度大地控制网。 2．1 国家 CORS系统的构 建 国家 CORS 系统 的 主 要 任 务 是 ：通 过 GNSS数据和信息的接收、传输 、处理、整合 、发播 和服务 ，向国内用户提供主要在 中国陆海 国土范 围内的分米级或米级 的实时动态空问位置服务， 提供从cm级到mm级的高精度、3维单点事后精 密定位服务，以维持中国国家 3维地心坐标框架 的统一 、高精度、和现势性 ，是实现 CGCS 2000的 基 础 。 构建国家 CORS系统应注意下列四个方面 ： ① 该系统应覆盖我国陆域和海域 国土，实现国家 陆海坐标与高程基准的统一；② c()RS要在顾及 我国地质构造各块体分布的基础 ，力求均匀分 布 ，地质环境相对稳定 ；③ 充分利用地方和行业 已有的 C()RS，选择其中符合 家 C()RS要求的， 将其改造 为国家级 CORS；④ 同时 应建立 国家 C()RS网络管理服务 中心 ，具有 国家 CORS的通 讯 网络管理、数据采集、处理和服务的功能。 我国目前行业性 的、局域性 的 GNSS CORS 系统很多 ’ j，缺 乏在 国家级规模 』 的统 · 规划 污水管网监理规划下载职业规划大学生职业规划个人职业规划职业规划论文 和设计，我国至今还没有建立面向全国，为全国各 行各业服务的国家 CORS系统及其资源的共享 平台。 2．2 国家高精度大地控制网 CGCS 2000的坐标框架 已初步建成。它包 括两部分 ，一是我国高精度 2000闷家 GPS大地 网u ，它的国内 GPS网点为 2 542个。平差后该 网点的地心坐标 在 ITRF97坐标框架 内，历元为 2000．0时 的点位 中误差 在 ± 3 cm 以 内 。通 过 它 和具有近 5万大地点的全国天文大地网进行两网 联合平差 ，将后者纳入 3维地心坐标系 ，并提高它 的全国天文大地网的精度和现势性l1。。。 3 采用地心3维坐标系对现有地图的影响 本文以西安 80坐标 系为例讨论采用地心 3 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 3期 陈俊勇：中国现代大地基准 271 维坐标系对现有地 图的影响口 。讨论 的实质就 是进行上述坐标系统更换时 ，中国境 内地面点原 来标注的大地经纬度和高斯平面坐标值必将会相 应变动 ，从而使 中国境 内原有地图 (包括地形图) 上点和线(包括图廓点和图廓线)的位移，以及它 们之间的长度和方位的变化。 中国若由西安 80坐标系更换为 CGCS 2000 地心 3维坐标系，则① 地面点大地纬度和大地经 度的变动区问分别为一1．6”～+0．7t!和一6．4”～ 一 3．0” 。 二者变动绝对值的平均值分别为0．57”和 4．4” 。 ② 地面点高斯平面坐标 X值和 y值 的变动 区问分别为一48．6 m～+22．7 rn和一115．7 m～ 一 75．7 rn。二者变动绝对值 的平均值分别 为 16．31 rn和 106．9 m。因此 由于坐标 系的这一更 换，在 1：5万比例尺地图(含)及更大比例尺地图 中点(含图廓点)的地理位置会有 1 cm 以下 的位 移 ，而在同一幅地图中各点的位移差别是不同的， 但其差别在制图精度以内，因此坐标系的更换只 须对一幅图的图廓点给予新的坐标注记后，该图 即可视为在新坐标系 内的地 图。③ 在 中国境 内 各种 比例尺的地图中，由于坐标 系更换所导致 的 两点连线(包括图廓线)的长度和方位变动都在制 图精度以内，可以忽略不计。 参考文献： Eli DANG Ya—min，CHEN Jun-yong．The Technical Develop— ment of International Geodetic Reference Frame[J]．Sci．of Surv．8L Mapp．，2008，33(1)：33—36．(党亚明、陈俊勇． 国际大地测量参考框架技术进展EJ]．测绘科学，2008，33 (1)：33—36．) E23 CHEN Jun-yong．Progress in Theory and Practice for Geodetic Reference Coordinate Frame EJ]．J．of Geod．8L Geophy．， 2007，27(1)：1—6．(陈俊勇．大地坐标框架理论和实践的进 展EJ3．大地测量与地球动力学，2007，27(1)：卜6．) [3] CHEN Juny-ong．Digital China-oriented Construction of China’s Modern Geodetic Datum[J]．Bulletin of Surv．8L Mapp．，2001，(3)：1-3．(陈俊勇．面向数字中国建设中国 的现代测绘基准EJ]．测绘通报，2001，(3)：1—3) [-43 CHEN Jun—yong．On the Establishment of Chinese Modern Geodetic Coordinate SystemEJ]．Geomatics and Information Science of wuhan Univ，2002，27(5)：441—444．(陈俊勇． 我国现代大地基准的思考EJ]．武汉大学学报(信息技术 版)，2002，27(5)：441—444．) E5] CHEN Jun—yong．On the Chinese Modern Geodetic Coordinate System and Height System[J]．Bulletin of Surv．8L Mapp．， 2002，(8)：卜5．(陈俊勇．对我国建立现代大地坐标系统和 高程系统的建议EJ]．测绘通报，2002，(8)：卜5．) [6] CHEN Jun—yong．Necessity and Feasibility for a Geocentric 3D Coordinate System Employed in China[J]．Acta Geodat ica et Cartographia Sinica，2003，32(4)：283—288．(陈俊 勇．关于中国采用地心 3维坐标系统的探讨[J]．测绘学 报，2003，32(4)：283—288．) [7] CHEN Jun—yong．Terrestrial Reference System，Geodetic Constant and Their Realization[J]．J．of Geod．8L Geo— dyn．，2005，25(3)：卜7．(陈俊勇．IERS地球参考系统、大 地测量常数及其实现[J]．大地测量与地球动力学，2005， 25(3)：卜7．) [83 CHEN Jun—yong，ZHANG Peng，wu Jun—li，et a1．On Chinese National Continuous Operating Reference System of GNSS[-J]．Acta Geodatica et Cartographia Sinica，2007， 36(4)：366—369．(陈俊勇，张 鹏，武军郦，等．关于在中 国构建全球导航卫星国家级连续运行站系统的思考[J]． 测绘学 报，2007，36(4)：366—369．) [9] LIU Jing—nan，LIU Hui．Continuous Operational Reference System[J]．Geomatics and Information Science of Wuhan Univ．，2003，6(28)：259—264．(刘经南，刘 晖．连续运行 参考站网络 城市空间数据的基础设施[J]．武汉大学学报 信息科学版，2003，6(28)：259—264．) [1O] NIU Zhi-jun，MA Zong-jin，CHEN Xin-lian．Chinese Crustal Movement Observation Network[J]．J．of Geod． and Geodyn．，2002，8(22)：88一．(牛之俊，马宗晋，陈鑫 连，等．中国地壳运动观测网络[J]．大地测量与地球动 力学．2002，8(22)：88．) El1] CHEN Jun-yong，YANG Yuan—xi，WANG Ming，et a1． Establishment of 2000 National Geodetic Control Net— work of China and It’s Technological Progress[J]．Acta Geodatica et Cartographia Sinica，2007，(1)：卜8．(陈俊 勇，杨元喜，王 敏，等．2000国家大地控制网的构建和 它的技术进步[J]．测绘学报，2007，(1)：卜8)． [1 23 CHEN Jun-yong．Influence of Choosing the Geocentric 3D Coordinate System in China on the Chinese Existing Maps[J]．Acta Geodatica et Cartographia Sinica，2004， 33(1)：1-5．(陈俊勇．中国采用地心 3维坐标系统对现 有地图的影响初析口]．测绘学报，2004，33(1)：1—5．) (责任编辑 ：张燕燕) 维普资讯 http://www.cqvip.com